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一粒金砂(初级)

在c语言中,请一定记得初始化局部变量

语言中,未初始化的局部变量到底是多少?
答案往往是:
与编译器有关。
可能但不保证初始化为0。
未确定。
总之,全部都是些一本正经的形而上答案,这很令人讨厌。
但凡一些人给你滔滔不绝地扯编译器,C库,处理器体系结构却给不出一个实际场景复现问题的时候,这人大概率在扯淡。
其实,这个问题本身就是错误的问法,说全了能讲10万字,我们只要能在特定场景下确定其特定行为就OK了,当然,这就需要设计一个比较OK的实验。
在演示一个实际代码行为之前,先给出一个知识,CPU不认识变量,更无法识别变量的名字,CPU只会从特定的内存位置取值或者将值存到特定的内存位置,因此当问一个变量的值是多少的时候,必须要知道这个变量对应的值被保存在什么地方。
来看下面的代码:
#include <stdio.h>
void func1(){ int a; printf("func1:%d\n", a); a = 12345;}
void func2(){ int b; printf("func2:%d\n", b);}
void func4(){ int d; printf("func3:%d\n", d);}
void func3(){ int c; printf("func3:%d\n", c); c = 54321; func4();}
void test_call(){ func3();}
int main(int argc, char **argv){ func1(); func2();
test_call();}
我们有func1~func4一共4个函数,其内部均有一个未初始化的局部变量,它们的值到底是多少呢?
对于这种局部变量,它们的值取决于:
变量在栈中的位置。
变量对应的栈位置在 之前 有没有被store过。
可以看到,上述第一点标记了一个内存位置,第二点则是代码的行为,也就是说,只要有代码去store对应的位置, 且后续的代码没有reset该位置的值的话,该位置就会保留着原先被store后的值。
验证非常简单,试一下就知道了:
[root@localhost test]# ./a.outfunc1:0func2:12345func3:0func3:0按照函数调用栈帧的变化,func1的局部变量a和func2的局部变量b显然是位于同一个位置的,在func1被调用时,这是一块新的内存(可能在进入main之前有栈帧到达过这个位置),a的值取决于调入内存该位置的页面对应偏移的初始值,这取决于操作系统:
操作系统在分配给程序页面时可能会将页面clear为零页。
栈的分配不会涉及C库,这里显然并不涉及C库的行为,但类似malloc分配的内存则涉及C库了。
打印结果,a的值为0,我们认为操作系统返回给了应用程序零页。接下来在func1中将其赋值12345之后函数返回,接下来调用func2的时候,在之前func1已经退出的栈帧位置重建栈帧,对应位置依然还是12345。
我没有看到func1的ret操作后面有stack清0的代码指令。效率考虑,也不该有这样的指令。
再看test_call函数,很明显,func3和func4调用使用的并不是同一个栈帧,因此即便是在func3中对c赋值了54321,也不会影响在其栈帧之上的func4的栈帧对应位置的值d。因此c和d的初始值均保持为0。
那么,初始化一个局部变量和不初始化一个局部变量,在指令层面上,区别在哪里呢?
很简单,亲眼看一下就知道,先看未初始化局部变量的func1:
// int a;00000000004005ad <func1>: 4005ad: 55 push %rbp 4005ae: 48 89 e5 mov %rsp,%rbp 4005b1: 48 83 ec 10 sub $0x10,%rsp 4005b5: 8b 45 fc mov -0x4(%rbp),%eax 4005b8: 89 c6 mov %eax,%esi 4005ba: bf 90 07 40 00 mov $0x400790,%edi 4005bf: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax 4005c4: e8 b7 fe ff ff callq 400480 <printf@plt> 4005c9:
c7 45 fc 39 30 00 00 movl $0x3039,-0x4(%rbp) 4005d0: c9 leaveq 4005d1: c3 retq再看初始化局部变量a为2222的版本:// int a = 2222;00000000004005ad <func1>: 4005ad: 55 push %rbp 4005ae: 48 89 e5 mov %rsp,%rbp 4005b1: 48 83 ec 10 sub $0x10,%rsp 4005b5: c7 45 fc 00 00 00 00 movl $0x0,-0x4(%rbp) 4005bc: 8b 45 fc mov -0x4(%rbp),%eax 4005bf: 89 c6 mov %eax,%esi 4005c1: bf 90 07 40 00 mov $0x400790,%edi 4005c6: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax 4005cb: e8 b0 fe ff ff callq 400480 <printf@plt> 4005d0: c7 45 fc 39 30 00 00 movl $0x3039,-0x4(%rbp) 4005d7: c9 leaveq 4005d8: c3 retq仅仅差了一条指令:4005b5: c7 45 fc 00 00 00 00 movl $0x0,-0x4(%rbp)
初始化的操作是依靠实实在在的指令完成的。
总结一句, 函数返回在pop出当前栈帧的时候,并不会清理它遗留在栈帧里的数据,下个函数调用再次重用到该栈帧的内存时,未初始化的局部变量将会被遗留数据影响,从而变得不确定!
所以,记得初始化你的局部变量。

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纯净的硅(高级)

不仅局部变量,某些单片机连全局变量都有可能是未确定值


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局部变量在栈分配是不对的,一般情况是使用寄存器来操作.

你这个程序刻意的打印未赋值的变量所以才有上面结论,这种情况应该属于程序bug,编译时会有warning提示


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一粒金砂(初级)

huo_hu 发表于 2020-9-24 08:48 局部变量在栈分配是不对的,一般情况是使用寄存器来操作. 你这个程序刻意的打印未赋值的变量所以才有上面 ...

对于下面这样的局部变量是不可能分配给寄存器的。

void foo(void)

{

    int a[1024];

    ...

}

 

不同的平台和编译器对函数的参数和局部变量的处理是不一样的,在x86平台上局部变量一般是在栈上分配,进入函数不会自动初始化局部变量,退出函数也不会清理变量的值。所以一些涉及加密解密的软件其代码都是“显式”的初始化和清理内存的,以避免在内存中遗留关键信息。


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这是编程久了自然而然的一个操作,只要变量都会给初值,数组也一样,这样可以百分百确认变量的值,不至于后面出现各种问题。


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